CN115774141B - 基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器 - Google Patents

基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器 Download PDF

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CN115774141B CN202310092204.1A CN202310092204A CN115774141B CN 115774141 B CN115774141 B CN 115774141B CN 202310092204 A CN202310092204 A CN 202310092204A CN 115774141 B CN115774141 B CN 115774141B
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Abstract

本发明涉及量子传感技术领域，方案为一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，相比于现有技术，本发明提供了新的电流计算方法，其基于零磁场下ODMR线性区特征以及信号变化输出波形的二倍频量与电流成定比的特点，可以进行交流电的精确测量，该种测量方式针对交流电测量的处理过程更加简便，容易实现，同时其对外界磁场的抗干扰性增强，提高了检测结果的精确度；该电流计算方法还可事先按一定精度建立数据表，通过数据表可快速进行电流测量，该法可提高测量结果读出速度，且极大降低处理单元的压力。

Description

基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器
技术领域
本发明涉及量子传感技术领域，具体涉及到一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器。
背景技术
金刚石NV色心在激光的泵浦下表现出较强的荧光，并在室温下可观测到其零声子线，因而可作为纳米尺寸的传感器，用于磁场、电场、温度等物理量的测量，其中，利用NV色心进行电流传感的研究也越来越多。
公开号为CN113804941A的中国专利公开了一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器以及测量方法，包括有激光激发及反射光接收分析设备、金刚石NV色心探头、聚磁器以及微波激发设备，该互感器包括三种测量方法，即全光学测量法、非全光学测量法以及结合测量法；本发明的传感器结构简单，实用性强，并且可以抵抗外界干扰，体现很强的鲁棒性，本发明的光纤只用于激发光的传输以及荧光的收集，所以光纤的弯折扭曲在一定程度上不会对探测结果造成影响，使用起来更加便利，本发明还可以通过优化金刚石中的NV色心浓度以及自旋性质，继而显著的提高磁场测量的灵敏度，为更高精度的电流测量提供了可能性。
上述专利公开了一种非全光学的电流计算方法，其通过测量ODMR两峰之间频率差计算出外界磁场，再通过毕奥萨伐尔定律计算出电流大小，但是这种方法只适用于直流电的测算，对于交流电而言，由于磁场时刻变换，实时测量其ODMR谱线的效率非常低，且对于处理器的内存消耗大，导致前述方法不易于实现，且前述方法中，外界磁场对于测量结果的准确度干扰较大。
基于此，本发明设计了一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，以解决上述问题。
发明内容
本发明提出了一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于量子传感技术的交流电计算方法，包括以下步骤：
S1、绘制零磁场ODMR谱线：
搭建基于量子传感单元的交流电检测系统，该量子传感单元包含具备固定能级系统的量子系统，在模拟导体不通电的情况下，检测系统工作得出该量子系统处于零磁场下的ODMR谱线；
S2、选定微波工作频率，生成数据输出波形：
找出ODMR谱线的线性近似区间，确定该线性近似区间所对应的微波频率区间，称为零磁场微波频率区间，在零磁场微波频率区间内选定一值作为检测系统的微波工作频率，同时在模拟导体内通入标准交流电，量子传感单元检测模拟导体周围产生的磁场信息得到传感反馈信号
Figure SMS_1
，检测系统根据传感反馈信号/>
Figure SMS_2
生成数据输出波形，生成的数据输出波形的波形公式如下：
Figure SMS_3
；
其中，
Figure SMS_6
、/>
Figure SMS_8
均为常数，/>
Figure SMS_11
为交流电处于幅值时产生的磁场，/>
Figure SMS_5
为外界干扰磁场，
Figure SMS_9
为交流电角频率，且/>
Figure SMS_12
=/>
Figure SMS_13
，其中/>
Figure SMS_4
为交流电频率，/>
Figure SMS_7
为相位，/>
Figure SMS_10
为时间；
S3、提取二倍频量的幅值：
对前述波形公式进行平方处理，再进行傅里叶变换，提取二倍频量的幅值
Figure SMS_14
，即
Figure SMS_15
，将二倍频量的幅值/>
Figure SMS_16
与模拟导体内标准交流电的幅值/>
Figure SMS_17
进行标定；
S4、拟合校准曲线及校准关系式：
调节标准交流电的大小，采集不同标准交流电下所提取的二倍频量的幅值
Figure SMS_18
，以采集的二倍频量的幅值/>
Figure SMS_19
及与其对应的标准交流电的幅值/>
Figure SMS_20
作为坐标绘制函数图像，采用多项式拟合法将其函数表达式拟合出来，得到校准曲线和校准关系式；
S5、实际检测：
实际检测时，量子传感单元检测待测通电导体周围磁场，检测系统按前述方法提取出二倍频量的幅值，并结合校准曲线得到待测通电导体内的交流电幅值大小，同时检测系统提取出数据输出波形中的相位，进而最终得到待测通电导体内的交流电大小。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，在此区间内选择距离ODMR谱线中心频率最远的数值作为微波工作频率。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，再在模拟导体内通入不同大小的标准直流电，分别对应测出ODMR谱线，并按同样方式确定不同ODMR谱线的线性近似区间所对应的微波频率区间，将其与零磁场微波频率区间进行交集比对，确定零磁场微波频率区间所能适应的最大电流，将其作为交流电检测系统的检测极限值，同时将其作为通入模拟导体内的标准交流电的极限值。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：步骤S2中，数据输出波形通过锁相放大器生成。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：得出校准关系式后，确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表，实际检测时，根据实测得到的二倍频量的幅值，查询数据表可得出待测导体内电流大小。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：数据表的建立以及后续查表工作通过FPGA实现。
如前所述的交流电计算方法，更进一步的：所述量子系统为金刚石NV色心以及碱金属原子。
一种量子电流互感器，其应用了如前所述的基于量子传感技术的交流电计算方法，所述量子电流互感器包含激光器、光路模块、光纤、金刚石NV色心、光电采集器、锁相放大器、处理器、微波单元以及微波天线，使用时，所述激光器产生激发光，激发光经光路模块传输后进入光纤中，并最终作用于光纤另一端的金刚石NV色心中，同时，微波单元产生微波并通过微波天线作用于金刚石NV色心，金刚石NV色心产生反馈荧光沿原路返回，经光路模块过滤后被光电采集器采集，并将采集的数据传输进入锁相放大器中进行锁相处理，得出数据输出波形，处理器对锁相放大器的输出信号进行处理得出待测通电导体内的电流大小。
如前所述的量子电流互感器，更进一步的：所述处理器为FPGA，且FPGA上存储了数据表，所述数据表形成原理如下：确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表。
更进一步的，所述电流检测区间为0-1200A，并将其划分为
Figure SMS_21
个采样电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、相比于现有技术，本发明提供了新的电流计算方法，其基于零磁场下ODMR线性区特征以及信号变化输出波形的二倍频量幅值与电流成定比的特点，可以进行交流电的精确测量，该种测量方式针对交流电测量的处理过程更加简便，容易实现，同时其对外界磁场的抗干扰性增强，提高了检测结果的精确度；
2、本发明的电流计算方法还可事先按一定精度建立数据表，通过数据表可快速进行电流测量，该法可提高测量结果读出速度，且极大降低处理单元的压力；
3、本发明公开了一种量子电流互感器，其运用了本发明提供的电流计算方法，并结合了金刚石NV色心的优异探测性能，能够实现基于量子技术的电流测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一中检测方法流程图；
图2为实施例一中ODMR荧光光谱图；
图3为实施例一中标记了线性工作区的ODMR荧光光谱图；
图4为实施例一中锁相输出波形图；
图5为实施例一中对锁相输出信号进行傅里叶变换后得到的频域图像；
图6为实施例一中校准曲线图；
图7为实施例一中的交流电检测系统示意图；
图8为实施例三中的量子电流互感器示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见附图1，本发明提供一种基于量子传感技术的交流电计算方法，包括以下步骤：
S1、绘制零磁场ODMR谱线：
搭建基于量子传感单元的交流电检测系统，该量子传感单元包含具备固定能级系统的量子系统，如金刚石NV色心、碱金属原子等，在模拟导体不通电的情况下，检测系统工作得出该量子系统处于零磁场下的ODMR谱线；
S2、选定微波工作频率，生成数据输出波形：
找出ODMR谱线的线性近似区间，确定该线性近似区间所对应的微波频率区间，称为零磁场微波频率区间，在零磁场微波频率区间内选定一值作为检测系统的微波工作频率，同时在模拟导体内通入标准交流电，量子传感单元检测模拟导体周围产生的磁场信息得到传感反馈信号
Figure SMS_22
，检测系统根据传感反馈信号/>
Figure SMS_23
生成数据输出波形，生成的数据输出波形的波形公式如下：
Figure SMS_24
；
其中，
Figure SMS_26
、/>
Figure SMS_29
均为常数，/>
Figure SMS_32
为交流电处于幅值时产生的磁场，/>
Figure SMS_27
为外界干扰磁场，
Figure SMS_28
为交流电角频率，且/>
Figure SMS_31
=/>
Figure SMS_34
，其中/>
Figure SMS_25
为交流电频率，/>
Figure SMS_30
为相位，/>
Figure SMS_33
为时间；
S3、提取二倍频量的幅值：
对前述波形公式进行平方处理，再进行傅里叶变换，提取二倍频量的幅值
Figure SMS_35
，即
Figure SMS_36
，将二倍频量的幅值/>
Figure SMS_37
与模拟导体内标准交流电的幅值/>
Figure SMS_38
进行标定；
S4、拟合校准曲线及校准关系式：
调节标准交流电的大小，采集不同标准交流电下所提取的二倍频量的幅值
Figure SMS_39
，以采集的二倍频量的幅值/>
Figure SMS_40
及与其对应的标准交流电的幅值/>
Figure SMS_41
作为坐标绘制函数图像，采用多项式拟合法将其函数表达式拟合出来，得到校准曲线和校准关系式；
S5、实际检测：
实际检测时，量子传感单元检测待测通电导体周围磁场，检测系统按前述方法提取出二倍频量的幅值，并结合校准曲线得到待测通电导体内的交流电幅值大小，同时检测系统提取出数据输出波形中的相位，进而最终得到待测通电导体内的交流电大小。·
以下部分是针对该计算方法的原理解释（以金刚石NV色心量子系统为例）：
量子电流互感器测量原理及数据处理：量子电流互感器是基于金刚石氮-空位色心量子测磁体系，通过测量通电导体产生的磁场大小来反推出电流的大小。其中金刚石氮-空位色心利用光学探测磁共振（ODMR）技术，通过激光和微波的组合扫描金刚石氮-空位色心的荧光光谱来测量磁场强度的大小。
参见附图2，在正常情况下，因为金刚石内部存在应力，ODMR荧光光谱会有两个峰，每个峰都是拟高斯线型的，可以用高斯函数对其进行拟合，并且每个峰值附近均存在斜率最大点（拐点），在拐点附近可以认为谱线近似为一条直线，如附图3所示，谱线会存在一段线性工作区。
当谱线工作在线性近似区间时，
Figure SMS_42
（/>
Figure SMS_43
为光电探测器采输出信号、k为常数，/>
Figure SMS_44
为微波频率），根据塞曼分裂效应，当金刚石探头工作在线性工作区间时，
Figure SMS_45
，信号的变化量
Figure SMS_46
（m为常数）。
下面介绍磁场测量方案和数据处理过程：
首先通电导体内的电流是一个频率为
Figure SMS_47
（本例/>
Figure SMS_48
为50Hz）的交流信号，假定其电流的大小为/>
Figure SMS_49
，该电流产生的磁场大小为/>
Figure SMS_50
，假定外界干扰磁场为/>
Figure SMS_51
，则金刚石探头感应到的磁场强度为/>
Figure SMS_52
，将B的公式带入/>
Figure SMS_53
，可以得到锁相的输出波形，附图4为采集到的锁相输出波形，其波形公式如下：
Figure SMS_54
；
其中，
Figure SMS_56
为传感反馈信号，/>
Figure SMS_58
、/>
Figure SMS_61
均为常数，/>
Figure SMS_57
为交流电幅值时产生的磁场，/>
Figure SMS_60
为外界干扰磁场，/>
Figure SMS_63
=/>
Figure SMS_64
，/>
Figure SMS_55
为交流电频率，/>
Figure SMS_59
为相位，/>
Figure SMS_62
为时间
取
Figure SMS_65
代入上式，并对该波形公式做平方处理得到：/>
Figure SMS_66
；
对此式进行分析，其中直流分量的幅值
Figure SMS_69
与外界噪声磁场/>
Figure SMS_70
有关，一倍频量（ />
Figure SMS_72
）的幅值/>
Figure SMS_68
同样与外界噪声磁场/>
Figure SMS_71
有关，只有二倍频量（ />
Figure SMS_73
）的幅值
Figure SMS_74
仅与电流产生的磁场/>
Figure SMS_67
有关，因此对上式进行傅里叶变换，提取二倍频量的幅值和相位，可以精确地分析通电导体棒所通的电流大小。
附图5为对信号
Figure SMS_75
进行傅里叶变换后得到的频域图像，通过测试可以得出当电流大小保持恒定时，二倍频量（100Hz）的幅值也保持恒定，因此该信号可以与电流大小进行标定，通过测量该数据的大小得到待测电流的大小。
基于前述原理，需要事先构建校准曲线，[描述的是实际电流大小I与信号变化U（二倍频量的幅值）之间的关系]，实际检测时，根据测得的信号变化，通过校准曲线即可获得导体内电流大小。
构建校准曲线时，缓慢转动调压器（即标准电流供电单元），使电流从0A均匀升到1000A（本例中优选电流最大值为1000A，但实际不仅限于此数值），并记录每一时刻的实际电流大小I与信号变化U，得到如附图6所示的函数图像，对于该函数图像，采用多项式拟合法，用泰勒级数将其函数表达式拟合出来，这样就得到了函数的校准曲线和校准关系式。
这样在实际检测时，在得到传感反馈信号后，根据前述数据输出波形提取出二倍频量的幅值和相位，再结合校准关系式，利用二倍频量的幅值和相位可得到导体内的实时电流大小和电流幅值。
为实现前述校准曲线的绘制，本例搭建了如附图7所示的基于ODMR的交流电检测系统，具体的，所述交流电检测系统包含激光单元、光路单元、传感单元、微波单元、数据采集单元、数据处理单元、标准电流单元以及模拟导体，所述激光单元、数据采集单元、微波单元以及标准电流供电单元分别与数据处理单元电性连接，所述标准电流单元与模拟导体电性连接，使用时，激光单元产生激发光并通过光路单元作用于传感单元，微波单元产生微波作用于传感单元，传感单元对通电的模拟导体周边的磁场进行探测并产生反馈荧光，反馈荧光经光路模块被数据采集单元采集形成反馈信号，数据处理单元对反馈信号进行处理分析。
在前述步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，由于不同大小电流下，ODMR谱线会出现变化（如横向拉伸），零磁场微波频率区间不可能适用于所有电流的检测（如大电流下的ODMR线性近似区间与零磁场ODMR线性近似区间不产生重叠时，此时使用零磁场微波频率区间内的微波进行电流探测无疑是不准确的），为了尽可能提高本系统的电流检测区间，作为一种优选，本例中，在零磁场微波频率区间内选择距离ODMR谱线中心频率最远的数值作为微波工作频率。
基于前述，关于电流检测区间的确定，本例中提供一种方法：在确定好零磁场微波频率区间后，再在模拟导体内通入不同大小的标准直流电，分别对应测出ODMR谱线，并按同样方式确定不同ODMR谱线的线性近似区间所对应的微波频率区间，将其与零磁场微波频率区间进行交集比对，确定零磁场微波频率区间所能适应的最大电流[如以金刚石NV色心为例，实验中测得其零磁场微波频率区间约为2.873-2.879GHz（实际有四个线性近似区间，为便于实验观察和提高检测结果精度，优选右波峰的右侧线性近似区间）]，而当导体内电流超出1200A后，其ODMR谱线线性近似区间对应的微波频率区间的最小值将稍大于2.879GHz，此时超过1200A以上的电流无疑不再适用于本系统的检测），将其作为交流电检测系统的检测极限值，同时将其作为通入模拟导体内的标准交流电的极限值。
作为优选，所述数据处理单元还包含锁相放大器，通过锁相放大器实现噪声抑制、弱信号提取以及数据输出波形的生成。
实施例二
基于前述实施例一的电流计算方法，本实例优化了实际检测时的数据处理方法，即得出校准关系式后，确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表，实际检测时，根据实测得到的二倍频量的幅值，查询数据表可得出待测导体内电流大小。具体实施时，以金刚石NV色心量子系统为例，设定通入模拟导体内的标准电流的工作区间为0-1200A，并将其等分为
Figure SMS_76
个采样点进行采样以建立数据表，表格样式如下：/>
Figure SMS_77
。
该步骤可通过可编程处理器快速实现，本例优选可编程处理器为FPGA，通过FPGA实现数据处理过程（FPGA具备精准对时功能，并且可以实现高速的信号处理）。
实际检测时，利用锁相放大器滤除噪声并提取待测信号，然后利用FPGA对待测信号进行运算处理可得到二倍频量的幅值U，最后利用FPGA查询数据表，得到对应的电流值，此种方法能够极大缩减数据处理时间，减少数据占用，提高了系统运行的稳定性。
实施例三
基于前述两种电流计算方法，本例提供一种可搭载运用前述电流计算方法的量子电流互感器，参见附图8，所述交流电检测系统包含激光器1、光路模块2、光纤3、金刚石NV色心4、光电采集器5、锁相放大器6、处理器7、微波单元8以及微波天线9，使用时，所述激光器1产生激发光，激发光经光路模块2传输后进入光纤3中，并最终作用于光纤3另一端的金刚石NV色心4中，同时，微波单元8产生调制微波通过微波天线9作用于金刚石NV色心，金刚石NV色心4产生反馈荧光沿原路返回，经光路模块2过滤后被光电采集器5采集，并将采集的数据传输进入锁相放大器6中进行锁相处理，得出数据输出波形，处理器7对锁相放大器6的输出信号进行处理得出待测通电导体10内的电流大小。
作为优选，本例中，激光器1产生的激光为532nm绿光，处理器7为FPGA，采样模块为16bits，所述FPGA上存储了数据表，所述数据表形成原理如下：设定量子电流互感器电流检测区间，将此区间划分为
Figure SMS_78
个采样点，并代入校准关系式进行计算采样，并将其与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表。
本例中，由于量子系统4为金刚石NV色心，结合其ODMR谱线特征，为实现在线性近似区间的工作状态，微波单元产生的微波频率可在2.872-2.879GHz之间进行选择（实际有四个线性近似区间，为便于实验观察和提高检测结果精度，优选右波峰的右侧线性近似区间），同时为了达到最大检测范围，在使用时，可选用接近或等于2.879GHz的微波作为系统工作时的微波频率。
本例中，以金刚石NV色心为核心的电流检测系统，经过实验测算，其线性近似区间所对应的最大电流约在1200A，如果实际需求的最大检测电流小于此值，则应适当调节微波频率，使其尽量靠近ODMR谱线线性近似区间内拐点所对应的微波频率。
工作原理：实际检测，将金刚石NV色心靠近待测通电导体10的附近，在532nm激光以及选定的微波的共同刺激下，金刚石NV色心感知待测通电导体10产生的电磁场并形成红色的反馈荧光，反馈荧光被光电探测器5采集并形成电压信号，锁相放大器6结合电压信号形成锁相输出波形并向FPGA提供输出信号，FPGA对锁相放大器6的输出信号进行处理得到二倍频量的幅值U，并根据内存的数据表快速查询对应电流值，该值即为待测通电导体10内的电流大小。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、绘制零磁场ODMR谱线：
搭建基于量子传感单元的交流电检测系统，该量子传感单元包含具备固定能级系统的量子系统，在模拟导体不通电的情况下，检测系统工作通过微波扫频得出该量子系统处于零磁场下的ODMR谱线；
S2、选定微波工作频率，生成数据输出波形：
找出前述ODMR谱线的线性近似区间，确定该线性近似区间所对应的微波频率区间，称为零磁场微波频率区间，在零磁场微波频率区间内选定一值作为检测系统的微波工作频率，同时在模拟导体内通入标准交流电，量子传感单元检测模拟导体周围产生的磁场信息得到传感反馈信号
Figure QLYQS_1
，检测系统根据传感反馈信号/>
Figure QLYQS_2
生成数据输出波形，生成的数据输出波形的波形公式如下：
Figure QLYQS_3
；
其中，
Figure QLYQS_5
、/>
Figure QLYQS_9
均为常数，/>
Figure QLYQS_12
为交流电处于幅值时产生的磁场，/>
Figure QLYQS_6
为外界干扰磁场，/>
Figure QLYQS_8
为交流电角频率，且/>
Figure QLYQS_11
=/>
Figure QLYQS_13
，其中/>
Figure QLYQS_4
为交流电频率，/>
Figure QLYQS_7
为相位，/>
Figure QLYQS_10
为时间；
S3、提取二倍频量的幅值：
对前述波形公式进行平方处理，再进行傅里叶变换，提取二倍频量的幅值
Figure QLYQS_14
，即
Figure QLYQS_15
，将二倍频量的幅值/>
Figure QLYQS_16
与模拟导体内标准交流电的幅值/>
Figure QLYQS_17
进行标定；
S4、拟合校准曲线及校准关系式：
调节标准交流电的大小，采集不同标准交流电下所提取的二倍频量的幅值
Figure QLYQS_18
，以采集的二倍频量的幅值/>
Figure QLYQS_19
及与其对应的标准交流电的幅值/>
Figure QLYQS_20
作为坐标绘制函数图像，采用多项式拟合法将其函数表达式拟合出来，得到校准曲线和校准关系式；
S5、实际检测：
实际检测时，量子传感单元检测待测通电导体周围磁场，检测系统按前述方法提取出二倍频量的幅值，并结合校准曲线得到待测通电导体内的交流电幅值大小，同时检测系统提取出数据输出波形中的相位，进而最终得到待测通电导体内的交流电大小。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，在此区间内选择距离ODMR谱线中心频率最远的数值作为微波工作频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，再在模拟导体内通入不同大小的标准直流电，分别对应测出ODMR谱线，并按同样方式确定不同ODMR谱线的线性近似区间所对应的微波频率区间，将其与零磁场微波频率区间进行交集比对，确定零磁场微波频率区间所能适应的最大电流，将其作为交流电检测系统的检测极限值，同时将其作为通入模拟导体内的标准交流电的极限值。
4.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，得出校准关系式后，确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表，实际检测时，根据实测得到的二倍频量的幅值，查询数据表可得出待测导体内电流大小。
5.根据权利要求4所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，数据表的建立以及后续查表工作通过FPGA实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，所述量子系统为金刚石NV色心以及碱金属原子。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述交流电检测系统包含激光单元、光路单元、量子传感单元、微波单元、数据采集单元、数据处理单元、标准电流单元以及模拟导体，所述激光单元、数据采集单元、微波单元以及标准电流供电单元分别与数据处理单元电性连接，所述标准电流单元与模拟导体电性连接，使用时，激光单元产生激发光并通过光路单元作用于量子传感单元，微波单元产生调制微波作用于量子传感单元，量子传感单元对通电的模拟导体周边的磁场进行探测并产生反馈荧光，反馈荧光经光路模块被数据采集单元采集形成反馈信号，数据处理单元对反馈信号进行处理分析。
8.一种量子电流互感器，其应用了如权利要求1中所述的基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于：所述量子电流互感器包含激光器、光路模块、光纤、金刚石NV色心、光电采集器、锁相放大器、处理器、微波单元以及微波天线，使用时，所述激光器产生激发光，激发光经光路模块传输后进入光纤中，并最终作用于光纤另一端的金刚石NV色心中，同时，微波单元产生微波并通过微波天线作用于金刚石NV色心，金刚石NV色心产生反馈荧光沿原路返回，经光路模块过滤后被光电采集器采集，并将采集的数据传输进入锁相放大器中进行锁相处理，得出数据输出波形，处理器对锁相放大器的输出信号进行处理得出待测通电导体内的电流大小。
9.根据权利要求8所述的一种量子电流互感器，其特征在于：所述处理器为FPGA，且FPGA上存储了数据表，所述数据表形成原理如下：确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表。
10.根据权利要求9所述的一种量子电流互感器，其特征在于：所述电流检测区间为0-1200A，并将其划分为
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个采样电流。/>
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